自制电容液位计原理及误差分析

    1　工作原理

    在石油化工企业,经常遇到烃类等易挥发性介质的液位测量。通常都采用浮球液位计,沉筒液位计,以及改变配管方式、加伴热等措施来进行测量。

    而佳木斯万吨环氧乙烷工程,设计院将此类液位计量设计成如图1所示型式:

    在系统投入运行正常工作一段时间后,液位就会飘移,经分析得知,是由于正压侧介质汽化或负压测介质液化造成的。鉴于此,我们将原CECC型差压变送器膜盒去掉,换上自制的测量筒,利用原差压变送器放大板制成了一种液位计,满足了生产需要。

    2　测量筒简介

    测量筒采用图2所示结构。在一根不锈钢管内,同心地插一根不锈钢管,忽略边缘效应(L D),则液位为0时,

式中:ε₀为气相介质介电常数;D为外钢管内径;d为内钢管外径。

    当液位变化△H时,

    C=C₀+△C=Kε₀L+K(ε-ε₀)△H

    因此,用此测量筒就可以把液位的变化转变为电容的变化。同时,由于测量筒紧挨设备安装,外加保温就可避免筒内介质的汽化液化,克服了原变送器的缺点。

    3　电路原理

    如图3所示,电容C₁、C₂被加上一个可控高频振荡电源,振荡角频率ω保持恒定,高频振荡供电电压e(t)变化以保证(i₁+i₂)=Icom(常数),而(i₁-i₂)做为电路的输出。

    因此:i₁=ωc₁e(t)

    i₂=ωc₂e(t)

    因为i₁+i₂=Icom=ω(c₁+c₂)e(t)

    故:e(t)=Icom/ω(c₁+c₂)

    i₂-i₁=ω(c₂-c₁)e(t)=(c₂-c₁)Icom/(c₁+c₂)

    我们将C₁换居一固定电容,其电容值等C₀(即kε₀L),将C₂换成测量筒电容。这样,当液位为0时,C₁=C₂,输出为0;当液位增加时,C₂增加,电路输出增加。当液位为H时,调整满量程旋钮,使电路输出达满量程电流。这样,我们就把液位的变化转变为电路输出电流的变化。

    4　误差分析

    原CECC差压变送器C₁、C₂为差动电容,即C₁+C₂=常数,而改造后C₁+C₂≠常数,由此产生了误差。

    根据单元组合仪表原理可知,电路理论输出应为:

式中:△Cmax为液位为H时电容变化最大值即K(ε-ε₀)H

    而实际输出应为:

    将C₀=Kε₀L、△C=K(ε-ε₀)△H、△Cmax=K(ε-ε₀)H代入上式得: